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中低温固体氧化物燃料电池La-Ni-M-O_3(M=Fe,Cu)阴极材料研究

王成力  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置。但是,传统的SOFC通常在800-1000℃的高温下工作,由此带来诸多问题,包括材料选择、制造成本昂贵等等缺点,因此SOFC的中低温化,尤其是SOFC阴极材料的中低温化成为当前实现SOFC商业化面临的首要任务。 钙钛矿型固体氧化物被认为是最有前途的中低温SOFC(ILTSOFC)阴极材料。为了开发在中低温下适用的钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料,以La-Ni-O3系化合物为基础,通过共沉淀方法合成了LaNi_(l-x)Fe_xO_3(x=0.4-0.8)(LNF)和LaNi_(0.2)Fe_(0.8-x)Cu_xO_3(x=0.0-0.2)(LNFC)粉末,并对其进行了X射线衍射(XRD)、电导率以及以LNF和LNFC为阴极制成的SOFC单电池性能等研究。研究结果表明Cu的掺杂提高了阴极材料的电化学性能,以LaNi_(0.2)Fe_(0.65)Cu_(0.15)O3为阴极材料的单体电池在580℃和650℃下的最大功率密度分别达到了635.2mW/cm~2和762.7mW/cm~2,这一数值明显高于相同条件下以LaNi_(0.2)Fe_(0.8)O_3为阴极的单体电池最大功率密度。采用共沉淀方法制备的LaNi_(0.8)Cu_(0.2)O_3(LNC-82)化合物,其单电池性能表明:在450℃下,其最高大率密度达到了620mW·cm~(-2),明显高于以LaNi_(l-x)Cu_xO_3(x=0.2-0.7)为阴极材料的单体电池最大功率密度,并且非常接近580℃下以LaNi_(0.2)Fe_(0.65)Cu_(0.15)O_3为阴极材料的单体电池最大功率密度。可见,LNC-82有望作为中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。


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